本文介紹硅鍺材料、硅退火片和絕緣體上硅（SOI）

硅鍺（SiGe/Si）材料

硅鍺（SiGe/Si）材料，作為近十年來硅基材料的新發展，通過在硅襯底上生長硅鍺合金外延層而制得。這種材料在多個領域展現出廣泛的應用潛力，包括微波管、紅外探測器及發光器件的制作。

應用前景

微波器件：在1988年，已利用SiGe/Si材料試制出異質結雙極型晶體管（HBT），其截止頻率可高于100GHz。與GaAs FET相比，SiGe/Si HBT更容易與Si的微電子工藝相兼容，因此具有廣闊的發展前景。

紅外探測器：SiGe/Si的多量子阱結構可用于制作紅外探測器，覆蓋1.3~1.5μm和8~12μm的紅外區域。盡管其制備工藝復雜，探測性能尚未達到CdHgTe和GaAs/GaAlAs的水平，但仍有很大的提升空間。

材料特性與挑戰

晶格失配：由于Ge與Si的晶格參數相差較大（約4%），Si1-xGex/Si的界面存在失配應力。這可能導致外延層的失配位錯密度高達106cm-2以上。

解決方法：為解決晶格失配問題，可以采取生長應變層使其厚度在臨界厚度以下，或者生長過渡層的方法。

產業化進展

SiGe/Si材料與器件已逐步實現批量生產，用于制作異質結雙極型晶體管和CMOS電路，可在1G~20GHz頻率下工作。隨著技術的不斷進步，已出現工作頻率達到210GHz的SiGe晶體管，有望在通信領域替代部分化合物半導體器件。

硅退火片

在集成電路的工藝與技術不斷進步的當下，雖然晶體中約0.12微米量級的缺陷問題已基本得到解決，但如何進一步降低約0.06微米量級的缺陷仍是當前研究的重點。對于生產IC電路芯片的廠家來說，技術開發以滿足0.18~0.13微米以及線寬小于0.10微米至65納米、45納米、28納米等更小尺寸IC電路芯片工藝的高質量芯片需求顯得尤為重要。

美國MEMC公司早在2001年就發布了采用其獨有的MDZ（magic denuded zones）方法和低缺陷結晶技術組合的退火硅片（optia），并開始了批量生產。該技術結合了硅單晶制備工藝的改進，通過在晶體中心部分產生空位缺陷，并利用空位比氧更快的擴散速度，成功研發出快速退火（RTP）吸雜工藝，即MDZ工藝。該工藝通過高溫對硅片進行快速、短時間的退火處理，顯著提升了硅片的質量，使其達到與外延片相當的水平。

此外，日本三菱公司的高品質硅片和日本住友金屬公司的H/Ar退火硅片強強聯合，為用戶提供了更多的選擇。SUMCO公司的“氫退火”硅片（EP-NANA外延片）用于提高器件的結晶質量和退火型硅片（SUPER silicon）等方面。同樣，日本小松電子公司也針對0.13微米時代的高質量型“氫退火”硅片（Generation6）投入了大量的開發和科研力量。

綜上所述，硅退火片在集成電路制造中扮演著越來越重要的角色，各大公司都在不斷研發和改進相關技術，以滿足日益增長的納米電子技術需求。

絕緣體上硅（SOI）

絕緣體上硅（SOI）是一種特殊的半導體材料結構，它將一層薄薄的硅單晶覆蓋在由二氧化硅或玻璃制成的絕緣體上。與傳統的體硅CMOS技術相比，SOI技術在SOI薄層上構建的晶體管具有更快的運算速度和更低的功耗。

隨著集成電路技術的不斷進步，SOI材料作為新一代半導體材料，其研發和生產已成為國際半導體公司的戰略重點。通過合理的工藝流程、高精度的設備和嚴格的生產管理，可以制備出滿足高性能集成電路要求的硅拋光片。

以下介紹兩種技術：

硅片直接鍵合（SDB）技術：將兩片拋光硅片中的一片表面經過熱氧化生長一層SiO2層，然后進行親水處理，使硅片表面被硅醇基覆蓋，依靠硅片之間羧基的相互作用而緊密結合;再將鍵合好的硅片置于高溫爐內加熱形成Si-O-Si結構

鍵合后的一片硅片需要減薄處理，以滿足制備SOI器件或電路的要求。

氫注入剝離鍵合技術：利用H+注入后在硅片中形成的氣泡層，將注氫片與另一個支撐硅片鍵合;經過適當的熱處理，使注氫片從氣泡層完整裂開，形成SOI結構。

再對SOI片表面進行化學機械拋光，該技術被認為是一種比較理想的SOI材料制備技術。

隨著集成電路技術的持續進步，硅片材質已從傳統的純互補式金屬氧化物半導體（CMOS）向SOI等低漏電材質演變。這一轉變促使全球眾多半導體大廠投身于SOI技術的研發，并與硅片生產廠商展開密切合作。

SOI技術作為新一代半導體材料技術，具有廣闊的應用前景和市場潛力。隨著制備技術的不斷進步和成本的降低，SOI材料將在未來集成電路制造中發揮越來越重要的作用。